基于GKP态启发的高维超密编码与能量-时间纠缠方案

超密编码作为利用量子纠缠提升经典通信容量的关键技术,是量子通信领域的基石。本工作提出了一种基于能量-时间纠缠态的高维超密编码协议,该协议采用双光子频率梳这种纠缠时频Gottesman-Kitaev-Preskill(TFGKP)态或时频网格态作为载体。受GKP编码启发,研究人员通过离散化连续的时频自由度并实施时频位移编码,充分挖掘了量子频率梳固有的高维希尔伯特空间优势,同时保持了对时域和频域误差的鲁棒性。除阐述协议理论框架外,该团队还提出采用标准电信元件、时间分辨单光子探测器和频率分束器的实验方案,并系统分析了实验噪声与误差对信道容量的影响。研究证明,在当前实验参数下,现代技术已满足双光子频率梳超密编码的实现条件,可实现约8.91比特/光子的传输速率(相当于481条可区分消息且渐近误差趋于零),这一成果不仅超越Kwiat-Weinfurter方案此前4比特的最高纪录两倍有余,同时保持具有竞争力的光学损耗。此外,该协议传输速率较相同参数下单光子频率梳方案提升4.6倍。这项研究为时频网格态在纠缠辅助通信中的实验应用提供了可行路径,为连续变量与高维量子信息这两个前沿领域作出了贡献。

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提交arXiv: 2026-02-16 19:01

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